礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法AQ-1018-2023

礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法AQ1018－2006國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局2006－02－27發(fā)布2006－05－01實(shí)施前言本標(biāo)準(zhǔn)的附錄A、附錄B、附錄C、附錄D均為資料性附錄。本標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局提出。本標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷?。本?biāo)準(zhǔn)主要起草人：姜文忠、秦玉金、閆斌移、薛軍峰1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了采用分源預(yù)測(cè)法與礦山統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)的方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于新建礦井、生產(chǎn)礦井新水平延深、新采區(qū)以及采掘工作面(放頂煤工作面除外)的瓦斯涌出量預(yù)測(cè)。

2規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)的引用成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注冊(cè)日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)。MT/T77煤層氣測(cè)定方法（解吸法）《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》3術(shù)語(yǔ)及定義3.1礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)predictionofminegasemissionrate計(jì)算出礦井在一定生產(chǎn)時(shí)期、生產(chǎn)方式和配產(chǎn)條件下的瓦斯涌出量，并繪制反映瓦斯涌出規(guī)律的涌出量等值線圖。3.2礦井瓦斯涌出量absolutegasemissionrate單位時(shí)間內(nèi)從煤層以及采落的煤（巖）體涌入礦井中的氣體總量，礦井進(jìn)行瓦斯抽放時(shí)包括抽放瓦斯量。3.3絕對(duì)瓦斯涌出量absolutegasemissionrate單位時(shí)間內(nèi)從煤層和巖層以及采落的煤（巖）體所涌出的瓦斯量，單位采用m2/min。3.4相對(duì)瓦斯涌出量relativegasemissionrate平均每產(chǎn)1t煤所涌出的瓦斯量，單位為m2/t3.5礦山統(tǒng)計(jì)法statisticalpredictedmethodofminegas根據(jù)對(duì)本礦井或鄰近礦井實(shí)際瓦斯涌出資料的統(tǒng)計(jì)分析得同的礦井瓦斯涌出量隨開采深度變化的規(guī)律，預(yù)測(cè)新井或新水平瓦斯的方法。3.6分源預(yù)測(cè)法predictedmethodbydifferentgassource根據(jù)時(shí)間和地點(diǎn)的不同，分成數(shù)個(gè)向礦井涌出的與瓦斯源，在分別對(duì)這些瓦斯涌出源進(jìn)行預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上得出礦井瓦斯涌出量的方法。4一般要求4.1新建礦井或生產(chǎn)礦井新水平，都必須進(jìn)行瓦斯涌出量預(yù)測(cè)，以確定新礦井、新水平、新采區(qū)投產(chǎn)后瓦斯涌出量大小，作為礦井和采區(qū)通風(fēng)設(shè)計(jì)、瓦斯抽放及瓦斯管理的依據(jù)。4.2礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)采用分源預(yù)測(cè)法或礦山統(tǒng)計(jì)法。4.3礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)應(yīng)包括以下資料：a)礦井采掘設(shè)計(jì)說(shuō)明書：1)開拓、開采系統(tǒng)圖、采掘接替計(jì)劃；2)采煤方法、通風(fēng)方式；3)掘進(jìn)巷道參數(shù)、煤巷平均掘進(jìn)速度；4)礦井、采區(qū)、回采工作面及掘進(jìn)工作面產(chǎn)量。b)礦井地質(zhì)報(bào)告：1)地層剖面圖、柱狀圖等；2)各煤層和煤夾層的厚度、煤層間距離及頂、底板巖性。c)煤層瓦斯含量測(cè)定結(jié)果、風(fēng)化帶深度及瓦斯含量等值線圖；d)鄰近礦井和本礦井已采水平、采區(qū)(盤區(qū))以及采掘工作面瓦斯涌出測(cè)定結(jié)果；e)煤的工業(yè)分析指標(biāo)(灰分、水分、揮發(fā)分和密度)以及煤質(zhì)牌號(hào)。4.4新建礦井或生產(chǎn)礦井新水平瓦斯涌出量預(yù)測(cè)由具有國(guó)家規(guī)定資質(zhì)的專業(yè)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)單位共同完成，預(yù)測(cè)結(jié)果經(jīng)專家審定后以報(bào)告形式提供給生產(chǎn)單位和有關(guān)部門。5礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法5.1分源預(yù)測(cè)法5.1.1礦井瓦斯涌出構(gòu)成關(guān)系礦井瓦斯涌出構(gòu)成關(guān)系如圖1所示。圖1礦井瓦斯涌出構(gòu)成關(guān)系關(guān)系圖5.1.2回采工作面瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)用相對(duì)瓦斯涌出量表達(dá)，以24h為一個(gè)預(yù)測(cè)圓班，采用式(1)計(jì)算。式中：q采——回采工作面相對(duì)瓦斯涌出量，m3／t；q1——開采層相對(duì)瓦斯涌出量，m3／t；q2——鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量，m3／t。開采層和鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量計(jì)算方法見附錄A。5.1.3掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)用絕對(duì)瓦斯涌出量表達(dá)，采用式(2)計(jì)算。式中：q掘——掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量，m3／min；q3——掘進(jìn)工作面巷道煤壁絕對(duì)瓦斯涌出量，m3／min；q4——掘進(jìn)工作面落煤絕對(duì)瓦斯涌出量，m3／min。掘進(jìn)工作面巷道煤壁和落煤瓦斯涌出量計(jì)算方法見附錄B。5.1.4生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量采用式(3)計(jì)算。式中：q區(qū)——生產(chǎn)采區(qū)相對(duì)瓦斯涌出量，m3／t；K'——生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，如無(wú)實(shí)測(cè)值可參照附錄D選取；q采i——第i個(gè)回采工作面相對(duì)瓦斯涌出量，m3／t；Ai——第i個(gè)回采工作面的日產(chǎn)量，t；q掘i——第i個(gè)掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量，m3／min；Ao——生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量，t。5.1.5礦井瓦斯涌出量礦井瓦斯涌出量采用式(4)計(jì)算。式中：q井——礦井相對(duì)瓦斯涌出量，m3／t；q區(qū)i——第i個(gè)生產(chǎn)采區(qū)相對(duì)瓦斯涌出量，m3／t；Aoi——第i個(gè)生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量，t；K"——已采采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，如無(wú)實(shí)測(cè)值可參照附錄D選取。5.1.6瓦斯不均衡性涌出考慮各區(qū)域瓦斯涌出的不均衡性，利用分源預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)的各區(qū)域的瓦斯涌出量需乘以瓦斯涌出不均衡系數(shù)Kn，如無(wú)實(shí)測(cè)值可參照附錄D選取。5.2礦山統(tǒng)計(jì)法5.2.1采用礦山統(tǒng)計(jì)法必須具備所要預(yù)測(cè)的礦井或采區(qū)煤層開采順序、采煤方法、頂板管理、地質(zhì)構(gòu)造、煤層賦存、煤質(zhì)等與生產(chǎn)礦井或生產(chǎn)區(qū)域相同或類似的條件。5.2.2礦山統(tǒng)計(jì)法預(yù)測(cè)瓦斯涌出量外推范圍沿垂深不超過(guò)200m，沿煤層傾斜方向不超過(guò)600m。5.2.3礦井相對(duì)瓦斯涌出量與開采深度的關(guān)系由式(5)表示。式中：q——礦井相對(duì)瓦斯涌出量，m3／t；H——開采深度，m；Ho——瓦斯風(fēng)化帶深度，m；a——相對(duì)瓦斯涌出量隨開采深度的變化梯度，m／(m3?t-1)。a)a值確定1)當(dāng)有瓦斯風(fēng)化帶以下兩個(gè)水平的實(shí)際相對(duì)瓦斯涌出量資料時(shí)，a值由式（6）確定。式中：H2——瓦斯帶內(nèi)2水平的開采深度，m；H1——瓦斯帶內(nèi)1水平的開采深度，m；q2——在H2深度開采時(shí)的相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t;

q1——在H1深度開采時(shí)的相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t。2)當(dāng)有瓦斯風(fēng)化帶以下多個(gè)水平的實(shí)際相對(duì)瓦斯涌出量的資料時(shí)，a的加權(quán)平均值由式（7）確定。式中：Hi——第i個(gè)水平的開采深度，m；qi——第i個(gè)水平的相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；n——統(tǒng)計(jì)的開采水平個(gè)數(shù)。b)H01)H0可由式（8）確定。式中符號(hào)同前。2）根據(jù)實(shí)測(cè)煤層瓦斯基本參數(shù)確定，瓦斯風(fēng)化帶的下部邊界可參照下列條件確定：甲烷及重?zé)N的濃度之和占?xì)怏w組分的80%（按體積）；瓦斯壓力P=0.1MPa~0.15MPa；相對(duì)瓦斯涌出量qCH4=2m3/t~3m3/t；煤層的瓦斯含量：?W=1.0m3t.r~1.5m3t.r(長(zhǎng)焰煤)

?W=1.5m3t.r~2.0m3t.r(氣煤)

?W=2.0m3t.r~2.5m3t.r(肥、焦煤)

?W=2.5m3t.r~3.0m3t.r(瘦煤)

?W=3.0m3t.r~4.0m3t.r(貧煤)

?W=5.0m3t.r~7.0m3t.r(無(wú)煙煤)

5.2.4當(dāng)?shù)V井相對(duì)瓦斯涌出量與開采深度之間不呈線性關(guān)系時(shí)，即a值不是常數(shù)時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)實(shí)測(cè)資料確定a值與開采深度的變化規(guī)律，然后再進(jìn)行預(yù)測(cè)。附錄A

(資料性附錄)

開采層和鄰近層瓦斯涌出量計(jì)算方法A.1開采層瓦斯涌出量A.1.1薄及中厚煤層不分層開采時(shí)，開采層瓦斯涌出量可由式(A.1)計(jì)算。式中：q1——開采層相對(duì)瓦斯涌出量，m3／t；K1——圍巖瓦斯涌出系數(shù)；K1值選取范圍為1.1～1.3；全部陷落法管理頂板，碳質(zhì)組分較多的圍巖，K1取1.3；局部充填法管理頂板K1取1.2；全部充填法管理頂板K1取1.1；砂質(zhì)泥巖等致密性圍巖K1取值可偏小；K2——工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，用回采率的倒數(shù)來(lái)計(jì)算；K3——采區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對(duì)開采層瓦斯涌出影響系數(shù)，如無(wú)實(shí)測(cè)值可按參照附錄D選?。籱——開采層厚度，m；M——工作面采高，m；W0——煤層原始瓦斯含量，m3／t，參照附錄C選取；Wc——運(yùn)出礦井后煤的殘存瓦斯含量，m3／t，如無(wú)實(shí)測(cè)值可參照附錄C選取。A.1.2厚煤層分層開采時(shí)，開采層瓦斯涌出量計(jì)算采用式(A.2)計(jì)算。式中：Kf——取決于煤層分層數(shù)量和順序的分層瓦斯涌出系數(shù)，如無(wú)實(shí)測(cè)值可按參照附錄D選??；其他符號(hào)意義同前。A.2鄰近層瓦斯涌出量鄰近層瓦斯涌出量采用式(A.3)計(jì)算。式中：q2——鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量，m3／t；mi——第i個(gè)鄰近層煤層厚度，m；M——工作面采高，m；ηi——第i個(gè)鄰近層瓦斯排放率，%，如無(wú)實(shí)測(cè)值可參照附錄D選?。籛0i——第i個(gè)鄰近層煤層原始瓦斯含量，m3／t，如無(wú)實(shí)測(cè)值可參照開采層選取；Wci——第i個(gè)鄰近層煤層殘存瓦斯含量，m3／t，如無(wú)實(shí)測(cè)值可參照開采層選取。附錄B

(資料性附錄)

掘進(jìn)工作面煤壁和落煤瓦斯涌出量計(jì)算方法B.1掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量采用式(B.1)計(jì)算。式中：q3——掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量，m3／min；D——巷道斷面內(nèi)暴露煤壁面的周邊長(zhǎng)度，m；對(duì)于薄及中厚煤層，D=2mo，mo為開采層厚度；對(duì)于厚煤層，D=2h+b，h及b分別為巷道的高度及寬度；υ——巷道平均掘進(jìn)速度，m／min；L——巷道長(zhǎng)度，m；q0——煤壁瓦斯涌出強(qiáng)度，m3／(m2?min)，如無(wú)實(shí)測(cè)值可參考式(B.2)計(jì)算。式中：q0——巷道煤壁瓦斯涌出量初速度，m3／(m2?min)：Vr——煤中揮發(fā)分含量，％；W0——煤層原始瓦斯含量，m3／t，參照附錄C選取。B.2掘進(jìn)落煤的瓦斯涌出量掘進(jìn)巷道落煤的瓦斯涌出量采用式(B.3)計(jì)算。式中：q4——掘進(jìn)巷道落煤的瓦斯涌出量，m3／min：S——掘進(jìn)巷道斷面積，m2；υ——巷道平均掘進(jìn)速度，m／min；γ——煤的密度，t／m3；W0——煤層原始瓦斯含量，m3／t，參照附錄C選??；Wc——運(yùn)出礦井后煤的殘存瓦斯含量，m3／t，如無(wú)實(shí)測(cè)值可按參照附錄C選取。附錄C

（資料性附錄）煤層原始瓦斯含量和殘存瓦斯含量的選定C.1煤層瓦斯含量值是分源預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量的核心參數(shù)，因此要求瓦斯含量測(cè)值盡可能接近真值。C.2煤層原始瓦斯含量的測(cè)定與計(jì)算可采用直接法（地勘鉆孔解吸法）進(jìn)行測(cè)定與計(jì)算，參見煤層氣測(cè)定方法（解吸法）（MT/T77—94）。C.3地勘鉆孔解吸法測(cè)定煤層瓦斯含量時(shí)，當(dāng)鉆孔深度小于500m時(shí)，按MT/T77—94標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定瓦斯含量；當(dāng)鉆孔深度500m~1000m或煤的解吸性能很強(qiáng)時(shí)，測(cè)定值必須進(jìn)行校正。C.4直接法測(cè)定的煤層瓦斯含量應(yīng)與鄰近生產(chǎn)礦井和已生產(chǎn)水平井下鉆孔解吸法或間接法測(cè)定的瓦斯含量對(duì)比。C.5煤的殘存瓦斯含量Wc。高變質(zhì)煤瓦斯含量>10m3/t.r和低變質(zhì)煤的Wc值可按表C.1選取；瓦斯含量<10m3/t.r的高變質(zhì)煤的Wc值可按式（C.1）選取。瓦斯含量<10m3/t.r的高變質(zhì)煤的Wc按式（C.1）計(jì)算。式中：Wc——煤層殘存瓦斯含量，m3/t.r；W0——煤層原始瓦斯含量，m3/t.r。附錄D

（資料性附錄）分源預(yù)測(cè)法各種系數(shù)的確定D.1采面巷道預(yù)排瓦斯影響系數(shù)K3采用長(zhǎng)壁后退式回采時(shí)，K3按式（D.1）計(jì)算。K3=（L-2h）/L…………（D.1）采用長(zhǎng)壁前進(jìn)式回采時(shí)，如上部相鄰工作面已采，則K3=1；上部相鄰工作面未采，K3按式（D.2）計(jì)算。式中：L——工作面長(zhǎng)度，m；h——掘進(jìn)巷道預(yù)排等值寬度，m，如無(wú)實(shí)測(cè)值可按表D.1取值；b——巷道寬度，m。D.2分層開采第i分層瓦斯涌出量系數(shù)Kfi分層（兩層或三層）開采時(shí)，Kfi按表D.2取值；分層（四層）開采時(shí)，Kfi值按表D.3取值。表D.2分層（兩層或三層）開采Kfi值兩個(gè)分層開采三個(gè)分層開采Kf1Kf2Kf1Kf2Kf31.5040.4961.8200.6920.488表D.3分層（四層）開采Kfi值D.3鄰近層受采動(dòng)影響瓦斯排放率Ki當(dāng)鄰近層位于冒落帶中時(shí)，Ki=1。當(dāng)采高小于4.5m時(shí)，Ki按式（D.3）計(jì)算或按圖D.1選取。式中：hi——第i鄰近層與開采層垂直距離，m；hp——受采動(dòng)影響頂?shù)装鍘r層形成貫穿裂隙，鄰近層向工作面釋放卸壓瓦斯的巖層破壞范圍，m。1－上鄰近層；2－緩傾斜煤層下鄰近層；3－傾斜、急傾斜煤層下鄰近層。圖D.1鄰近層瓦斯排放率與層間距的關(guān)系曲線開采層頂、底板的破壞影響范圍h